Исследование динамики зрительного внимания не только важно для поиска механизмов, лежащих в основе системы позиционирования и перевода взгляда, но и представляет интерес в прикладном отношении. В частности, разработка эффективных средств контроля зрительного внимания человека-оператора остается актуальной задачей, поскольку до настоящего времени отсутствуют широко внедренные в практику тесты, не препятствующие основной деятельности (Бурдин и др., 2013; Кирой и др., 2014; Ahlstroma., Friedman-Bergb, 2006; Mathan et al., 2010) и использующие параметры глазных движений. Известны лишь единичные примеры такого рода, такие как Index of Cognitive Workload и Index of Cognitive Efficacy, основанных на оценке динамики диаметра зрачка и временных параметрах морганий и отчасти – ЭЭГ активности.

Таким образом, выбор областей интереса для переключения внимания и фиксации взгляда при осмотре изображений и сцен зависит от множества факторов и определяется перцептуальными и когнитивными механизмами, взаимодействующими между собой (Ярбус, 1965; Unema et al., 2005; Podladchikova et al., 2009; Velichkovsky et al., 2005 и многие другие). Несмотря на значительный прогресс в изучении механизмов зрительного внимания, достигнутый за последние 25 лет, многие аспекты этой проблемы далеки от полного понимания до настоящего времени (Carrasco, 2011). Неполнота имеющихся данных и в ряде случаев их противоречивость (Pastukhov et al., 2009), а также отсутствие стандартизации экспериментальных условий затрудняют возможность обобщения и формализации результатов, полученных в различных психофизических исследованиях. В силу этого математические модели, имитирующие нейробиологические феномены, рассматриваются как важный инструмент при исследовании механизмов зрительного внимания (Ho-Phuoc, 2012; Tandonnet et al., 2011; Tatler et al., 2011; Wang et al., 2011; Judd et al., 2010; Henderson et al., 2007; Li, Gilbert, 2002; Lowe, 2004; Navalpakkam, Itti, 2005; Podladchikova et al., 2009; Priviterra, Stark, 2005; Rao et al., 1997–2008; Rybak et al., 1998–2005; Samarin et al., 2015; Saykol et al., 2004; Simion et al., 2001; Wolfe, 1997–2005; Trappenberg et al., 2001; Brockmann, Geisel, 2000). Подчеркивается (Nuthmann et al., 2010; Walther, Koch, 2007), что создание реалистичной модели зрительного внимания позволит анализировать вклад факторов различного типа и механизмов разного уровня при формировании траектории осмотра и формулировать предположения, доступные экспериментальной проверке.

В настоящее время складывается понимание необходимости пересмотра подходов к моделированию управления глазными движениями (Tatler et al., 2011). В частности, большинство известных моделей формирования траекторий осмотра изображений, вслед за работой Koch, Ullman (1985), основано на обработке первичных признаков изображений, получении карт выделенности (saliency maps) и анализе пространственного распределения точек фиксации взгляда при осмотре изображений человеком. Имеются лишь единичные работы, в которых рассматриваются возможные подходы к моделированию длительности фиксаций (Nuthmann et al., 2010; Sutcliffe, Namoune, 2008) и когнитивных механизмов (Judd et al., 2009; Wang et al., 2011), основанные на эвристических алгоритмах.

В свою очередь для разработки реалистических моделей осмотра изображений необходимо получение детальных количественных оценок вклада различных факторов в экспериментальные исследования. На получение такого рода оценок и направлены наши психофизические исследования. Результаты этих исследований, полученные в последние годы с помощью разработанных специальных методов проведения эксперимента и анализа данных, представлены в соответствующих разделах монографии.

Необходимым условием нормального функционирования зрительного восприятия у человека являются движения глаз (Ярбус, 1965; Buswell, 1935; Stratton, 1906). При осмотре изображений и сцен человек выполняет от трех до четырех скачков взгляда, или саккад, в секунду. В основном, зрительное восприятие происходит в промежутках между саккадами (Ярбус, 1965; Барабанщиков, Белопольский, 2008; Underwood et al., 2008). Однако взгляд человека не остается полностью стабильным: даже во время фиксации совершаются микродвижения – тремор, дрейф, микросаккады, вергентные движения (Martinez-Conde, Macknik, 2008, 2015). В интервалах между двумя скачками взгляд смещается медленно, и зрительное восприятие происходит именно в это время, также называемое фиксацией взгляда. Во время фиксации человек четко видит не все зрительное поле, а только небольшой участок диаметром от 1,5–2 (область фовеа) до 6–8 (область макулы) угловых градусов (Ярбус, 1965; Шахнович, 1974; Velichkovsky et al., 2000). Выбор участка, который будет осматриваться в ближайшее время, происходит во время предыдущей фиксации взгляда и зависит от того, куда направлено внимание человека. Таким образом, наблюдая за характеристиками и положением точек фиксации и скачков можно изучать внешние проявления функционирования системы зрительного внимания человека.

Зрительное внимание – один из самых неуловимых психических процессов. Оно не имеет собственного продукта, но всегда сопровождает мышление, восприятие, запоминание и другие когнитивные процессы (Rayner, 1978). Существует множество определений и подходов к изучению внимания, которые объясняют некоторые закономерности его функционирования. Рассмотрим основные подходы к изучению механизмов, определяющих зрительное внимание.

Несмотря на большое количество исследований, посвященных осмотру сложных зрительных сцен и изображений, наиболее важные результаты, касающиеся механизмов работы зрительного внимания, были получены при использовании простых зрительных стимулов (Treisman, Gelade., 1980; Henderson, 2003; Awh et al., 2012).

Еще Вильям Джемс (1890) ввел различие двух форм внимания – «пассивного» и «активного». В то время, как в качестве методического подхода при изучения психической деятельности применялся интроспективный подход, основным критерием для различия этих форм внимания оказалось наличие цели или волевого решения. «Пассивное» внимание означало, что человек не выбирает, что осматривать, а его взгляд как бы «притягивается» объектами или свойствами поля зрения к той или иной области зрительного пространства. «Активное» внимание при этом направлялось к тем объектам, которые могли способствовать достижению осознаваемой конкретной цели, стоящей перед человеком. В дальнейшем, после исследований, проведенных Найссером, Ярбусом и многими другими учеными сформировался подход к пониманию зрительного восприятия как процесса, в норме всегда сопровождающегося активностью разной степени осознанности (Найссер, 1981).

Движения глаз, головы и тела происходят как при целенаправленном поиске зрительной информации, так и при случайном привлечении внимания человека к элементам зрительной сцены. Кроме того, при восприятии человек отчасти пытается «предвосхитить» события, и этот процесс происходит непрерывно, все время дополняется новой информацией, поступающей через сенсорные системы. Найссер называл такой процесс «перцептивным циклом», представляя его модель в виде взаимосвязанных элементов – «объект», модифицирует «схему», которая направляет «исследование», которое в свою очередь отвечает за выбор объекта (Найссер, 1981). При этом Найссер считал, что внимание является следствием специфической организации функционирования комплекса структур мозга, отвечающих за восприятие стимулов. Исходя из того, что нет никаких специфических систем, отвечающих за селекцию признаков, была предложена гипотеза, согласно которой трудности при выполнении двух или более видов деятельности могут быть преодолены путем упражнения.